关闭/废弃矿井抽水蓄能开发利用现状与进展

探索清洁能源发展的创新途径是实现我国“双碳”目标的重要推动力。为解决大规模可再生能源电力供应不稳定的难题,新型电力系统的提出与加速成长促进了抽水蓄能电站的建设与发展,但生态保护与地形等因素制约了传统抽水蓄能电站发展。关闭/废弃矿井,由于具有丰富的地下空间及水资源,可创新性地开发抽水蓄能并延长矿区的经济寿命,降低对环境与经济的负面影响。为助力建立适合我国国情的废弃矿井抽水蓄能利用模式和管理体系,通过文献分析法综述了国内外废弃矿井抽水蓄能技术研究与应用进展。详细阐述了关闭/废弃矿井抽水蓄能技术原理、分类及其优缺点;总结了关闭/废弃矿井抽水蓄能电站利用模式,并在前人研究基础上对选址要素进行了修订;梳理了关闭/废弃矿井改建抽水蓄能电站的水-气两相流动特性、水泵水轮机工况特性、地下空间围岩稳定性及地下蓄水空间体积测算等的研究现状,明确了水泵-水轮机关键技术、地下空间稳定性控制关键技术等亟待解决的技术难题。此外,对关闭/废弃矿井抽水蓄能相关的生态与环境保护、市场需求与经济效益、政策与法规等研究成果进行了广泛的文献综述。发展关闭/废弃矿井地下空间抽水蓄能技术可为我国井下空间资源利用提供思路,为保障国家能源安全与经济社会高质量发展提供新途径。

采动力学与岩层控制关键理论及工程应用

研究岩体采动力学响应和岩层控制技术对促进煤炭安全高效开采、保障能源稳定供给具有重要意义,是实现煤炭资源科学开采的理论基础。矿山岩体灾害(围岩变形、冲击地压等)频发,其形成-演化-发生全过程与采动力演化分布、岩层运动、开采扰动和能量演化密切相关。基于实用矿山压力控制理论,提出并阐述了采场岩层控制进展与控制准则,建立了定量分析的力学模型和设计方法,发展了针对性的岩体灾害控制技术,并创新研制了配套试验研究装备。采动力学与岩层控制理论将岩层控制分为采场岩层控制和巷道围岩控制;提出控制或利用采动岩层运动改变致灾条件,给出“给定变形”和“限定变形”准则;调控“3S”因素准则(围岩应力环境、围岩结构属性、围岩支护结构)改变围岩自稳能力。以岩体灾害控制为目标,提出了以“应力主控”为核心的释能主控技术;建立了岩体灾害控制大小原理和弱面判据(安全系数K、冲击危险性系数U);研发了采场矿压机械模拟试验系统、采动力试验系统和蠕变及动力扰动冲击加载试验系统,实现了实验室尺度还原采动力作用下岩体变形-破裂-运动过程,为研究采动力作用下岩体力学响应提供了试验装备;分别从采场岩层控制、地质软岩巷道控制、工程软岩巷道控制及冲击地压控制4个方向进行了工程案例研究,相关研究成果在工程应用中得到了验证。

软岩回采巷道底臌破坏机制与支护技术

软岩巷道底臌治理一直是软岩支护中重点攻关的难题之一,作为受采动压力影响的软岩回采巷道来说,巷道的底臌问题尤为突出。针对山东能源临矿集团上海庙矿区软岩大变形技术难题,首先从巷道底臌变形的力学机制入手,根据巷道围岩本构关系及应力作用模式,在结合朗肯压力理论的基础上建立了剪切错动型巷道底臌力学模型,导出了巷道底臌力源P0的计算方程。计算分析知,当底臌压力P0大于底板岩体的强度极限时,巷道底板岩体将发生剪切和扩容变形挤入巷道空间,随时间效应的加大最终导致巷道底臌;其次,结合建立的底臌力学模型,提出了一种与剪切错动型巷道底臌力学机理相适应的新型反底拱底臌控制技术,对反底拱伸出段、底板预应力锚杆和反底拱主体段3部分在底臌控制过程中的作用进行理论分析,揭示了其“控底-助帮”的底臌控制机理,并综合数值计算和正交实验的方法对新型反底拱结构的3个主要参数进行试验优化,模拟显示影响巷道底臌量指标的主要因素为底板超挖深度和反底拱伸出段长度,影响巷道两帮移近量指标的主要因素为反底拱伸出段长度;最后,通过对榆树井矿13803工作面回风巷原始支护条件下底板压力的验算,确定了底板围岩压力与矿井水的耦合作用是造成该巷道底臌的主要原因,并根据优化后的底板治理方案在榆树井煤矿13803工作面回风巷返修段进行工业性试验。工程实践表明,该项新技术控制软岩回采巷道底臌及两帮变形效果较好,有效保证了工作面回采期间巷道的稳定性。

采场空间结构模型及相关动力灾害控制研究

基于社会对煤炭行业安全生产的重视,煤矿灾害事故控制研究显得愈发重要,尤其现阶段煤矿灾害事故多发,安全形势愈发严峻。为了有效控制预防煤矿动力灾害事故,提出了采场空间结构模型;探讨了采场空间结构模型中应力分布和结构发育的力学特征,以及采动时上覆岩层的运动变化规律和矿压显现特征;以采场空间结构模型和采动应力孕育力学特征为基础,提出了采场顶板、巷道顶板控制、冲击地压、顶板水害,以及地表沉陷等煤矿灾害事故致灾条件及其控制措施,构建了相关采场灾害控制结构力学模型。建立的采场空间模型解释了"裂断拱"和"应力拱"结构演化规律以及采动应力与覆岩空间结构演化的相关性;指出了导水裂隙带高度与"裂断拱"高度范围基本一致,是顶板水害治理依据;建立了基于"应力拱"拱外岩梁下沉预测地表沉陷的方法;提出了对直接顶采取"给定载荷"控制方式,对基本顶采取"给定变形"和"限定变形"控制方式的支护方案;预测了冲击地压可能发生位置并提出了控制措施;提出了透水判据和不发生透水事故的合理工作面长度和开切眼位置的计算方法;建立了以开采工作面长度和覆岩裂断步距相关性为核心的采动沉陷模型,从力学的角度解释并计算分析了地表沉陷范围。实践证明,正确建立决策模型是实现煤矿灾害事故控制的基础,模型的建设有效实现了煤矿灾害事故控制从定性到定量的发展,可为煤矿灾害事故的有效预测和科学控制提供指导。

大采高采场力学模型及支架工作状态研究

以大采高岩层运动及应力分布规律为核心,运用"传递岩梁"理论对大采高综采工作面上覆岩体破断类型及其平衡结构进行分析,研究建立了大采高采场结构力学模型,探讨了大采高采场的覆岩结构及运动规律,详细分析了"给定变形"、"限定变形"两种力学状态下支架工作荷载即缩量确定方法,修正了大采高下直接顶及基本顶概念,确立了支架载荷的计算方法。研究表明:采高增大,直接顶厚度可能大幅度增加,直接顶中出现大跨度悬顶坚硬岩层的几率增大。影响采场矿压显现的"传递岩梁(基本顶)"范围相对减少,对采场矿压有明显影响的岩梁距采场的高度增大。准确地确定悬顶位置、厚度及可能的最大悬跨度是大采高采场顶板控制设计及支架选型计算的关键。

全长黏结型预应力锚杆受力特性研究

全长黏结性预应力锚杆是一种结构和锚固机制新颖的全长锚固锚杆,已有的研究缺少锚杆孔壁形态对锚杆承载能力影响的分析。锚杆孔壁结构面起伏形态具有自仿射分形特征,详细分析了结构面抗剪强度、注液压力、张拉荷载与结构面分形维数D之间的关系,建立了各自计算与分析方法,得出施加的注液压力应小于锚固围岩体的抗压强度,以及随着维数D增加,张拉荷载亦相应增加,确定了锚固承载层与岩体结构面失稳判断的准则。探讨了全长黏结性预应力锚杆锚固性能。研究为其设计、试验和应用提供了一定的理论依据。

动静组合循环加载试验系统研制及试验

针对地下采场围岩在冲击地压作用下失稳破坏问题,根据冲击地压诱发因素确定其力源条件,研发动静组合循环加载试验系统,该系统通过MOOG761高频响动态伺服阀控制对煤岩体实行单轴压缩、蠕变加载、动静组合加载与循环加卸载等多种应力路径加载试验,模拟工作面回采期间坚硬顶板破断、工程爆破等动力扰动影响对煤岩体损伤的过程。借助声发射系统采集煤岩体损伤过程能量特征参数,建立应力-应变曲线与声发射信号的对应关系,并对试样破坏能量演化过程进行阶段划分。研究结果表明:与常规单轴压缩试验相比,7.5 MPa静荷载水平组合强度均值较单轴压缩试验强度增加12.14%,组合强度略有增加,15.0 MPa静荷载水平组合强度均值较单轴压缩试验强度增加34.05%,组合强度增幅显著;动静组合循环加载下试样的声发射事件数随动力扰动振幅升高而呈阶段性增加,动静组合循环加载的破坏模式主要分为缓慢增长阶段、急速增长阶段,相对稳定阶段和瞬时释放共4个阶段,峰值应变随动力扰动荷载增加先减小后增加,曲线整体呈"U"型发展趋势。该试验系统能够较好地反映岩体在动静组合加载下力学特征劣化过程,可用于不同尺度煤岩体的轴向动静组合加载力学特性研究。

基于应力梯度理论的锚杆合理预紧力

巷道围岩的稳定性不仅与岩体强度有关,还与围岩应力场梯度密切相关。为研究锚杆在巷道围岩支护中合理支护强度的确定方法,在特定的地质条件中提出合理的预紧力,以连续损伤力学模型为基础并引入材料力学领域中的应力梯度理论,推导出了考虑围岩塑性区与弹性区交界面处的平衡方程和边界条件,建立了基于Mohr-Coulomb准则、Drucker-Prager准则以及Hoek-Brown准则下的围岩应力梯度求解模型;以Mohr-Coulomb准则为例,借助FLAC3D对比出模拟结果与理论计算值吻合度为93%且变化趋势一致,验证了提出的应力梯度求解方式适用性,发现随着锚杆预紧力的增加,巷道围岩的塑性区应力梯度相应增加,弹性区应力梯度不断减小,岩体劣化程度减弱。提出应力补偿系数,模拟计算出不同锚杆预紧力下巷道围岩应力梯度分布规律和支护效果,发现预紧力的变化与巷道围岩的锚固效果呈正相关趋势,塑性区范围随预紧力的增加不断减小,围岩稳定性随应力梯度的增加不断提高,并据此得出了锚杆预紧力与围岩应力梯度的对应补偿关系并提出最优补偿比。在现场实践中对巷道变形控制效果提高40%以上,并且应力梯度补偿系数高于0. 65,高于该矿围岩变形安全控制要求,为确定锚杆合理支护强度提供了一种研究思路。

废弃矿井抽水蓄能面临的关键问题与对策思考

为向低碳清洁能源转型,我国风、光等新能源高速发展,新型电力系统对调节电源的需求更加迫切,抽水蓄能逐渐成为储能技术开发与利用的热点。本文在系统梳理抽水蓄能电站技术研究现状的基础上,从电站选址、库容计算、地下空间改造及安全运维四个视角分析了废弃矿井抽水蓄能电站建设面临的主要难题;从工程角度提出亟待研究解决的四项关键技术:地上水库安全性评价方法与治理技术、地下水库库容计算模型及调蓄技术、地下水库损伤变形机理及加固技术、二次开挖地下结构变形失稳机制及治理技术。利用废弃矿井遗留的大量地下空间资源建设抽水蓄能电站,有助于构建清洁低碳能源体系,增强能源供给稳定性。

煤矿地下水库底板渗流模拟试验系统研制及验证

基于国家对西部煤炭绿色开发的号召,西部矿区煤炭资源开发与生态环境及水资源保护协调发展研究显得愈发重要。煤矿地下水库技术创新性地实现了西部矿区绿色发展,但依然存在着诸多需要破解的科学难题。为了研究煤矿地下水库底板在应力-渗流耦合条件下的渗流规律与破坏特征,分析渗流演变过程中的多场信息,研制了底板渗流模拟试验系统。该试验系统主要包括伺服稳压控制系统、试验箱系统和计算机监测与数据采集系统,其中伺服稳压控制系统可以实现利用气体压力替代水压力模拟地下水库中水体压力和上覆岩层产生的矿山压力,实现了对整体压力(范围为0~0.8 MPa)数字化控制;试验箱系统为钢架结构,可实现模拟不同水位高度下的流固耦合模拟试验,最大模型尺寸为1000 mm×600 mm×500 mm(长×宽×高)。并以神东矿区某煤矿地下水库为背景,进行底板渗流相似模拟试验,获得了孔隙水压力和渗水量变化规律,验证了设备的合理性和实用性。试验结果表明:孔隙水压力和渗流量数据信息可以宏观表征岩层渗流情况;孔隙水压力变化一般需要经历初始维持阶段、增大阶段、峰值波动阶段、衰减阶段和稳定阶段,最大增幅约为0.8 kPa,稳定阶段后孔隙水压力与初始值相差约为0.1 kPa;同一层位不同位置测点和不同层位相同位置测点的孔隙水压力变化曲线趋势基本一致,影响孔隙水压力主要因素有测点位置、模拟岩层岩性、渗透率和材料非均质性等。渗流量大小受过流断面面积和渗透系数影响,最大渗流量范围为14~15 mL/s。

回采巷道基本顶结构建立及其力学稳定性分析

准确认识回采巷道的矿压显现规律及其稳定性特征是对其进行有效控制的前提,而围岩的结构特征是回采巷道围岩大变形特征的决定性因素。本文讨论不同环境下回采巷道围岩结构特征并建立其力学模型,然后通过变形元件组合模型来模拟材料的变形特性,从而得出回采巷道围岩随时间推移变形的理论支持。

极近距离中厚煤层联合开采煤柱尺寸优化设计

本文采用现场煤体应力测试和有限元模拟结合的方法，以东大煤矿极近距离中厚煤层开采条件为依据，对巷道在工作面开采时巷道围岩的受力和变形特征进行了分析。结果表明，煤柱的破坏情况受煤柱宽度影响较大，小煤柱外边缘，即临近上区段采空区部分受回采影响已基本呈塑性状态；内边缘即靠近本区段煤体部分，在距工作面4m左右开始进入塑性破坏状态；煤柱宽度在6—8m之间时中部存在一定范围弹性核，得出适合东大煤矿条件的合理煤柱宽度应为6～8m，对指导类似的工程施工有一定的指导意义。

高中段大面积矿房底柱回收护顶层留设研究

针对高中段大面积矿房底柱回收时上覆充填体控制要求,建立了进路回采工作面顶板力学状态模型,应用有限差分模拟软件FLAC3D,计算了不同矿柱和进路宽度留设时矿体的稳定性,论证了采用超前注浆上向进路连续回采采矿法回采底柱的可行性,提出了底柱回采前的一系列安全技术措施:超前注浆造顶、打长锚索加强支护、留设护顶层。在此护顶层控制下,上覆充填体的下沉得到了有效控制,使底柱得以安全回收。

中厚煤层回采巷道变形机理及其力学模型建立

为了能够准确揭示回采巷道矿压显现规律及其稳定性特征,并对其进行有效控制,运用关键层理论和流变力学对回采巷道围岩结构进行了分类,建立了反映巷道整体结构特征的两种基本顶断裂力学模型和相应的力学本构模型,建立了"应力比"概念和回采巷道随时间推移变形的理论依据,得出了围岩结构优化理论途径。结论表明:然后通过变形元件组合模型来模拟材料的变形特性是完全可行的,应力比γ≥1时,围岩应变随时间推移而增大;γ<1时,围岩应变增长率随时间推移而减小,增大mσax,即优化巷道围岩结构可降低应力比影响程度。

语文教学中的学生信息反馈

语文教学中的学生信息反馈文志杰，袁东莉系统科学认为，教学过程就是信息的传递过程，要使该过程处于良性循环状态，必须重视学生的信息反馈。教师只有得到学生的反馈信息，才能判断学生的输入信息，得出教师信息输出量与学生的信息输入量之差，进而根据二者之差调整教学...

独立学院办学理念与人才培养模式的探索

大学办学理念是大学的灵魂,引领人才的培养。独立学院作为高等教育的重要组成部分对高等教育的发展起着至关重要的作用,如何培养符合社会发展需要的人才既是社会发展的需要又是独立学院存在与发展的关键,而独立学院办学理念对人才培养的整个过程具有指导性的意义,本文从大学办学理念的重要性及对人才培养的影响等方面入手展开论述。

无煤柱矸石充填绿色安全高效开采模式及其工程理论基础研究

在总结过去我国煤矿现场相关生产实践经验的基础上,系统论述了以井下矸石为主体的新型高强度材料巷旁充填护巷和充填采空区控制地表沉陷的开采模式的意义、内涵、工程方案设计及实践的技术体系,以及推广应用的采矿工程理论基础和有待深化研究的问题。